Методика гидравлического расчета системы отопления
Santeh-nik.ru

Инженерные системы

Методика гидравлического расчета системы отопления

Методы гидравлического расчета системы отопления.

Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как нужно делать гидравлический расчет системы отопления и что это вообще такое. Начнем с последнего вопроса.

Что такое гидравлический расчет и зачем он нужен?

Гидравлический расчет (далее ГР) — это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр). Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать циркуляционный насос — определяется напор и расход насоса. Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной. Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.

Теория гидравлического расчета системы отопления.

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

Данное равенство справедливо для конкретного участка. Расшифровывается это уравнение следующим образом:

  • ΔP — линейные потери давления.
  • R — удельные потери давления в трубе.
  • l — длина труб.
  • z — потери давления в отводах, запорной арматуре.

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости. Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

  • λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
  • d — внутренний диаметр трубы.
  • v — скорость движения жидкости.
  • ρ — плотность жидкости.

Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости. Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

  • ξ — коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
  • v — скорость движения жидкости.
  • ρ — плотность жидкости.

Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости. Также, стоит сказать, что в случае применения низкозамерзающего теплоносителя также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу. Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.

Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:

Отсюда получаем следующие равенства для R и z:

Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.

Как на практике считают гидравлическое сопротивление системы отопления.

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах. В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно. Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос. К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления.

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

R = 510 4 v 1.9 /d 1,32 Па/м;

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе. Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:

Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления. Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам. Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение. Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления. Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя. Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %. Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм. Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления.

Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных. Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач. Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам. Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ. Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:

  • Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
  • HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
  • Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов. Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.

Итоги статьи.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта. Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ. Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами. Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее. Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас. По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.

Методика гидравлического расчета системы отопления

Гидравлический расчет систем водяного и парового отопления выполняется с целью определения экономичных диаметров трубопроводов. При этом должно быть обеспечено перемещение расчетного количества теплоносителя в единицу времени по всем циркуляционным кольцам и ветвям отопительной системы.

Порядок гидравлического расчета трубопроводов системы водяного отопления по удельной линейной потери давления:

1. Размещаются на поэтажных планах здания отопительные приборы, подающие и обратные стояки. Выбирается рациональный вариант прокладки магистральных подающих и обратных трубопроводов. Выполняют аксонометрическую (расчетную) схему систем отопления со всей запорно-регулирующей и воздухоудаляющей арматурой. На схеме указывают тепловую мощность каждого отопительного прибора.

На рисунке 2.2. приведен вариант расчетной схемы отопления с горизонтальными стояками одноэтажного здания.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В двухтрубных системах за главное принимается кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего от теплового узла (узла ввода) стояка, при горизонтальном расположении стояков – кольцо, проходящее через дальний отопительный прибор. В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимают кольцо, проходящее через дальний стояк.

На приведенной схеме (рис. 2.2) главное циркуляционное кольцо составляют участки аб+бв.

3. Выявляют и нумеруют расчетные участки – участки труб с неизменным расходом теплоносителя, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчетных участков составляет величину расчетного циркуляционного кольца. На полке- выноске указывают номера участков, в числителе- тепловой поток, проводимый по этому участку, в знаменателе- длину участку.

4. Определяют расчетное циркуляционное давление главного кольца. В системах отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя расчетное циркуляционное давление

где Рн – давление, создаваемое насосом, Па; Ре – естественное давление от охлаждения воды в нагревательных приборах и трубопроводах, Па.

Для производственных и малоэтажных жилых и общественных зданий с принудительной циркуляцией теплоносителя естественным давлением от охлаждения воды в приборах и трубопроводах можно пренебречь, так как оно значительно меньше давления, создаваемого насосом [1].

Тогда расчетное циркуляционное давление Р приравнивается давлению насоса Рн, т.е. Р=Рн. Расчетное циркуляционное давление рекомендуется определять, исходя из средней потери давления, равной 100 Па на каждый метр наиболее протяженного расчетного кольца [2].

Читать еще:  Подключение конвекторов к системе отопления

Тогда Р=100∙∑l, где ∑l – сумма длин всех участков главного циркуляционного кольца.

5. Определяют средние значения удельного падения давления на трение в трубопроводах рассчитываемого кольца

(2.43)

где 0,65 – коэффициент, учитывающий долю потери давления на трение от общей потери в трубопроводе; ∑l – общая длина всех участков кольца, м.

6. Определяют расходы теплоносителя на каждом расчетном участке Gуч, кг/ч

(2.42)

где – тепловая нагрузка участка (тепловая мощность всех отопительных приборов, к которым поступает теплоноситель по этому участку), Вт; с – теплоемкость воды кДж/(кг· º С); t1,t2 – температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, о С; β12 – то же, что и в формуле 2.33; 3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/кг.

7. По полученным значениям , кг/ч и Rср, Па/м с помощью расчетных таблиц (например, приложение 6 [8] и 10[4]) или специальной номограммы (рис. 2.3) подбирают оптимальные диаметры труб расчетного кольца.

По этой же номограмме (или таблицам) определяют скорость движения теплоносителя м/с и фактические удельные потери давления на трение R.

Например, если расход теплоносителя по расчетному участку составляет 400 кг/ч, то при R ср=65 Па/м условий диаметр трубопровода может быть d= 20 или 25 мм. Если выбрать d= 20 мм, фактически удельные потери давления на участке составляет R=90 Па/м, скорость движения теплоносителя v= -0,32 м/с.

Все данные, полученные при расчете теплопровода, заносят в специальную таблицу (см. табл. 2.11).

Сводная таблица результатов гидравлического расчета трубопроводов систем отопления

№ участка Тепловая нагрузка, Qуч, Вт Расход воды Gуч, кг/ч Длина участка l,м Диаметр трубы d ,мм Скорость движения теплоносителя v ,мс Удельная потеря давления R,Па/м потеря давления на трение, Rtl , Па Сумма коэффициентов местных сопротивлений Потеря давления в местных сопротивлениях Z, Па Суммарная потеря давления Rtl+Z

8. Определяют потери давления z, Па, на преодоление местных сопротивлений на каждом расчетном участке:

(2.43)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке трубопровода; v – скорость теплоносителя, м/с; ρ – плотность теплоносителя, кг/м 3 .

Ориентировочные значения коэффициентов местных сопротивлений системы отопления приведены в таблице 2.12. При расчете отдельных участков теплопровода местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетному участку с наименьшим расходом теплоносителя; местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе.

После этого находят общие потери давления Rl + Z на каждом участке и суммарную потерю давления в рассчитываемом кольце. .

Диаметры трубопроводов считаются подобранными правильно, если имеется некоторый (5-10%) запас давления в кольце на неучтенные местные сопротивления и возможные неточности в монтаже системы отопления, т.е должно быть выполнено условие

P

Если это условие не выполняется, то следует произвести перерасчет (изменить диаметры труб) некоторых участков циркуляционного кольца.

После расчета главного циркуляционного кольца выполняют гидравлический расчет остальных колец. Из них некоторые кольца могут иметь общие расчетные участки с главным циркуляционным кольцом.

Так, например, кольцо а-б-г (рис.2.2) имеет общие расчетные участки №№1…5, 10…13 с главным циркуляционным кольцом, а кольцо а-д не имеет общих участков с ним.

Расчетное (располагаемое) циркуляционное давление кольца а-д равно расчетному давлению главного циркуляционного кольца. Исходя из этого средняя удельная потеря давления на трение в трубопроводах этого кольца по формуле 2.43 составляет

где Р – располагаемое давление, Па ; ∑lа-д – длина всех расчетных участков кольца а-д.

В системе отопления, приведенной на рис.2.2. Р для кольца а-д равно расчетному циркуляционному давлению главного кольца, м.

Расчетное циркуляционное давление ветви б-г кольца а-б-г, имеющее общие участки с главным циркуляционным кольцом, определяется как сумма потерь давления участков главного циркуляционного кольца, не вошедших в кольцо а-б-г, то есть участков №6…9

где ∑(Rl+ Z)6…9 – суммарные потери давления на участках № 6…9 главного циркуляционного кольца.

Средняя удельная потеря давления ветви б-г составит

Значение коэффициента местного сопротивления конструктивных элементов систем водяного отопления ( по данным ВНИИГС)

Элемент системы При диаметре условного прохода Dy,мм
Кран трехходовой КРТ 1,5
Кран трехходовой КРТ 4,5
Кран трехходовой поворотный КРП 3,5
Кран двойной регулировки КРД
Кран проходной 3,2
Вентиль прямой 2,5 2,5
Задвижка параллельная 0,5 0,5 0,5
Отвод под углом 90 0 0,9 0,8 0,6 0,5 0,3 0,3 0,3
Утка гнутая 0,9 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6
Скобка гнутая 2,5 1,2 0,6 0,4 0,4 0,4
Воздухосборник 1,5 Независимо от диаметра труб (относятся к большей скорости)
Внезапное расширение
Внезапное сужение 0,5
Грязевик
Радиатор чугунный секционный 1,3 1,4
Радиатор стальной 2,0 2,0
Тройник:
на проходе
на отверстие 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
на противотоке
Крестовины:
на проходе
на ответвлении
Компенсатор
П-образный

При выполнении расчётов возможны большие расхождения между Rср и фактическим R, особенно на расчётных участках с малыми расходами. Так как минимальный диаметр трубопроводов отопления составляет 15 мм, то заниженные потери на этих участках должны быть компенсированы завышением потерь давления на других участках или установкой кранов двойной регулировки на последнем отопительном приборе рассчитываемого кольца.Потери давления в разных циркуляционных кольцах не должны различаться более чем на 15%. Неувязка потерь давления, превышающая 15%, может привести к разрегулировке системы с отклонением от расчётных расходов, температуры воды и теплоотдачи отопительных приборов. Рис. 2.2. Расчетная схема двухтрубной отопительной системы одноэтажного здания с горизонтальным расположением стояков

Рис. 2.3. Номограмма для расчета трубопроводов отопления

Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления.

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

  • диаметр труб и их пропускная способность;
  • местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
  • требования гидравлической увязки;
  • потери давления по всей системе (общие);
  • оптимальный расход теплоносителя.

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

  1. Собрать исходные данные и систематизировать их.
  2. Выбрать методику расчета.

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

  • мощности радиаторов;
  • расхода теплоносителя;
  • расстановки теплового оборудования и пр.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

  • для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
  • для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) – V . Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Читать еще:  Расчет гравитационной системы отопления

Таблица параметров участков

Обозначение участка Длина участка в метрах Количество приборов а участке, шт.
1-2 1,8 1
2-3 3,0 1
3-4 2,8 2
4-5 2,9 2

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир. Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления. Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

Вычисление местных сопротивлений

Местные сопротивления возникают в трубе и арматуре. На величину данных показателей влияют:

  • шероховатость внутренней поверхности трубы;
  • наличие мест расширения или сужения внутреннего диаметра трубопровода;
  • повороты;
  • протяженность;
  • наличие тройников, шаровых кранов, приборов балансировки и их количество.

Сопротивление рассчитывается для каждого участка, который характеризуется постоянным диаметром и неизменным расходом теплоносителя (в соответствии с тепловым балансом помещения).

Исходные данные для расчета:

  • длина расчетного участка – l, м;
  • диаметр трубы – d, мм;
  • заданная скорость теплоносителя – u, мм;
  • характеристики регулирующей арматуры, предоставляемые производителем;
  • коэффициент трения (зависит от материала трубы), λ;
  • потери на трение – ∆Pl, Па;
  • плотность теплоносителя (расчетная) – ρ = 971,8 кг/м 3 ;
  • толщина стенки трубы – dн х δ, мм;
  • эквивалентная шероховатость трубы – kэ, мм.

Гидравлическое сопротивление – ∆P на участке сети рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха.

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

Если в доме стоит печка, отопить она сможет лишь небольшое помещение. Установка батарей отопления в частном доме большой площади обязательна, так как в противном случае отдаленные от печи комнаты отапливаться не будут.

Основные характеристики газового котла Buderus представлены в этом обзоре.

О том, как запустить газовый котел, расскажем в этой статье.

Гидравлическая увязка

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

  • проектной нагрузки (массового расхода теплоносителя);
  • данных производителей труб по динамическому сопротивлению;
  • количества местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
  • технических характеристик арматуры.

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S – произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

  • первичного контура – ∆Plk;
  • местных систем – ∆Plм;
  • генератора тепла – ∆Pтг;
  • теплообменника ∆Pто.

Гидравлический расчет системы отопления – пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

  • расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
  • параметры системы – tг = 75 0 С, tо = 60 0 С;
  • расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м 3 /ч;
  • присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
  • автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 80 0 С;
  • автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
  • система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Варианты двухтрубной отопительной системы

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Самодельная печь хорошо подойдет для обогрева дачного домика или подсобного помещения. Печка из газового баллона своими руками – смотрите инструкцию по изготовлению.

Как собрать пресс для топливных брикетов своими руками, вы узнаете в этой статье.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Видео на тему

Методика гидравлического расчета теплопровода систем водяного отопления

Основные принципы гидравлического расчета теплопроводов систем водяного отопления

Цель гидравлического расчета — определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.

При движении жидкости по трубам давление теряется на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений (тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, отопительные приборы, котлы, теплообменники и т.д).

Потери давления Rт, Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом воды (пара)

Rт = λ/d · w 2 /2 · ρl = Rl (5.26)

где d — диаметр теплопровода, м; λ — коэффициент гидравлического трения (безразмерный); w — скорость движения воды, м/с; ρ — плотность воды, кг/м 3 ; R — удельные потери давления; Па/м; l — длина участка теплопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па

Z = ∑ζ ρ w 2 /2 (5.27)

где ∑ζ, ρw 2 /2 — сумма коэффициентов местных сопротивлений (прил. 5), (безразмерная) и динамическое давление воды на участке теплопровода, Па.

Суммарные потери давления должны быть меньше расчетно-циркуляционного давления, устанавливаемого для данной системы.

Рассмотрим два метода расчета теплопроводов:

1. По удельным потерям—раздельное определение потерь давления на трение и местное сопротивление. Диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях Δtст, равных расчетному перепаду температуры воды во всей системе Δtсист.

2. По характеристикам сопротивления — устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают переменные (неравные) перепады температуры воды в стояках и ветвях. Δtст <> Δtсист. Предварительно выбирают диаметр теплопровода на каждом расчетном участке с учетом допустимых скоростей движения воды. Расчетным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

При расчетеглавного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении) предусматривают запас давления на неучтенные сопротивления (не более 10 %):

1. До гидравлического расчета выполняют аксонометрическую схему системы со всей запорно-регулирующей арматурой.

Схему составляют после:

– подсчета тепловой мощности системы отопления здания;

– выбора типа отопительных приборов;

– определения их число для каждого помещения;

– размещения на поэтажных планах здания отопительных приборов, горячих и обратных стояков, а на планах чердака и подвала — подающих и обратных магистралей;

– выбора места для теплового пункта или котельной;

– размещения на плане чердака или верхнего этажа расширительного бака и приборов воздухоудаления.

На планах этажей, чердака и подвала горячие и обратные стояки пронумеровывают, на аксонометрической схеме так же нумеруют все расчетные участки труб, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчетных участков составляет длину расчетного циркуляционного кольца.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем это кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах — кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. Для последнего: ∑l — наибольшая, а Δрр — наименьшая, тогда Δрр /∑l, определяющее давление на 1 м длины, будет наименьшим. При попутном движении воды наиболее неблагоприятное — кольцо, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков.

3. Определяют расчетное циркуляционное давление Δрр (5.18).

4. Для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее удельное падение давления по главному циркуляционному кольцу:

где k — коэффициент доли потери давления на местные сопротивления от общего расчетного циркуляционного давления (k = 0,35 — искусственная циркуляция, k = 0,5 —естественная циркуляция); ∑l —длина расчетного циркуляционного кольца, м; Δрр — расчетное циркуляционное давление. Па.

5. Определяют расходы воды на расчетных участках Gуч, кг/ч:

где Qyч — тепловая нагрузка участка (тепловая нагрузка приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой), Вт; с — теплоемкость воды, кДж/(кг·К); tг—to — перепад температур воды в системе, о С; β1 и β2 — то же, что (8.8); 3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученное Rсp и определив количество воды Gуч, кг/ч, можно подобрать (прил. 6) оптимальные диаметры труб кольца. Результаты расчета заносят в таблицу (табл. 5.2).

Читать еще:  Сепаратор для отвода воздуха из системы отопления

При расчете участков теплопровода необходимо иметь в виду:

– местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетным участкам с наименьшим расходом воды;

– местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе.

Если по расчету с учетом 10% запаса расходуемое давление будет больше или меньше расчетного давления Δрр, то изменяют диаметры труб.

После расчета главного циркуляционного кольца рассчитывают параллельные циркуляционные кольца, (состоящие из участков главного кольца (рассчитанных) и еще не рассчитанных участков). Проводится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллельно соединенных дополнительных участках других колец и не общих участках главного циркуляционного кольца.

Таблица 5.2. Результаты гидравлического расчета.

По схеме трубопроводов По предварительному расчету
№ участка Тепловая нагрузка Q, Вт Длина участка l, м Расход теплоносителя Gуч, кг/ч Диаметр d, мм Скорость движения теплоносителя w, м/с Удельная потеря давления R, Па Потери давления на трение Rl, Па Сумма коэффициентов местных сопротивлений ∑ζ
По предварительному расчету По окончательному расчету
Потеря давления в местных сопротивлениях Z Суммарная потеря давления на участке Rl+Z d w R Rl, ∑ζ Z Rl+Z

Неувязка потерь давления в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в общих участках) не должна превышать 5 % при попутной и 15% при тупиковой разводке теплопроводов с постоянными разностями температур в подающей и обратной магистралях.

По (5.30) определяют расход воды на расчетном участке в однотрубных проточных и двухтрубных системах отопления.

Для однотрубной системы с замыкающими участкамирасход воды в приборах определяется с учетомкоэффициента затекания воды в приборы:

где Gпp масса воды, поступающей в прибор, кг/ч; Gст — масса воды, проходящей по стояку, кг/ч.

Для однотрубной системы потеря давления в межрадиаторных узлах равна произведению суммарного коэффициента местного сопротивления узла на динамическое давление стояка. Данные о коэффициентах затекания и суммарных коэффициентах местного сопротивления узлов приведены в литературе.

| следующая лекция ==>
Системы с искусственной циркуляцией воды | Системы пароводяного и водо-водяного отопления

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 644 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Как и с какой целью делают гидравлический расчёт системы отопления

Наличие производительного теплогенератора, качественных труб и современных радиаторов вовсе не означает, что отопление получится эффективным. Если система неправильно сконструирована, то возможны ситуации, когда работающий на полную мощность котёл не может обеспечить комфортную температуру во всех комнатах. Либо тепла хватает, но расходы на энергоносители непомерно велики. Чтобы не совершать непоправимых ошибок, необходимо разработать проект, важной часть которого является гидравлический расчёт системы отопления. Пожалуй, самой сложной частью.

Зачем нужен расчёт гидравлики системы отопления

Суть проблемы

Современные отопительные установки являются динамичными системами, которые во время эксплуатации работают в разных рабочих режимах. Теплоноситель водяного отопления циркулирует под давлением, но эта величина не является постоянной. Потери возникают на разных участках из-за конструктивных особенностей системы (трение о стенки труб, сопротивление на фитингах и т.д.). Также мы сами манипулируем давлением, когда с помощью арматуры балансируем распределение тепла по комнатам. Вручную или с помощью автоматизации систем пользователь управляет мощностью отопительного устройства, меняет уровень нагрева теплоносителя. И снова напор в сети скачет, ведь чем выше температура, тем выше давление, и наоборот.

Падение давления на конкретном участке приводит к уменьшению его тепловой производительности. Качественное отопление должно в любых условиях работать стабильно и экономично, но для этого нужно, чтобы к каждому радиатору поступало ровно столько теплоносителя, сколько необходимо для восполнения теплопотерь в помещении и поддержания заданной температуры.

Решение

Одна из основных задач разработчика – снизить возможные потери напора, что позволяет улучшить регулирование отдельных участков и системы в целом. Существует специальный термин «рост авторитета вентиля». Он означает, что местное сопротивление, которое оказывает кран или клапан на проток в регулируемой ветке, более выгодно соотносится с рабочим давлением в участке. Чем большим объёмом теплоносителя конкретный элемент управляет, тем он ценнее.

Также следует произвести гидравлическую увязку циркуляционных колец. Грамотное использование балансировочных клапанов, вентилей, регуляторов давления позволяет избежать перегрева ближних к котлу помещений и недостатка тепла в удалённых (лишние пару градусов в комнате – это перерасход тепла на уровне 5-10 процентов). Ограничивая проток в одной ветке, мы увеличиваем его для других – перераспределяем теплоноситель.

Итак, гидравлический расчёт отопления помогает инженеру-конструктору решить следующие задачи:

  • высчитать пропускную способность трубопроводов и падение напора на главном и второстепенных контурах;
  • подобрать сечение труб, если показатели расхода теплоносителя и давления в системе уже заданы;
  • рассчитать оптимальные способы балансировки ветвей системы;
  • определить необходимую мощность циркуляционного насоса.

Этапы проведения гидравлического расчёта отопления

Сбор и систематизация исходных данных

Перед началом вычислений разработчик изучает теплотехнические характеристики объекта и на основании ТЗ предварительно конструирует подходящий вариант системы отопления. Выполняют следующие мероприятия:

  • Производят тепловой расчёт, в результате которого получают информацию о необходимом количестве тепла для каждого помещения.
  • Выбирают теплогенератор и отопительные приборы.
  • Принимают решение о способах разводки трубопроводов и особенностях балансировки системы.
  • Выбирают тип труб и спецификацию регулирующей арматуры.
  • Составляют аксонометрические схемы разводки и детальные планы помещений с указанием основных исходных данных (расход теплоносителя, мощность батарей, расстановка оборудования и т.д.). Узловые точки, основной контур и отдельные участки маркируются, обозначается длина колец.

Выбор метода

Есть несколько способов выполнить расчёт гидравлики отопительной системы (как правило, все они выполняются с применением специального программного обеспечения):

  • сложением характеристик проводимости и сопротивления;
  • по удельным потерям давления;
  • по длинам трубопроводов;
  • сравнением динамических давлений;
  • по объёму транспортируемого теплоносителя.

Конкретный метод используют в зависимости от того, являются ли перепады температуры в системе динамичными или стабильными. Также берётся во внимание конфигурация отопления: некоторые способы вычислений подходят только для однотрубных схем разводки, другие – универсальны. Чаще всего применяют гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления по потерям давления.

Расчёт сечения труб

Выбор оптимального размера труб – один из действенных методов управления рабочими характеристиками системы отопления. Так, использование труб завышенного сечения влечёт за собой:

  • рост капитальных затрат;
  • снижение рабочего давления;
  • критичное уменьшение скорости перекачки теплоносителя с большой вероятностью завоздушивания;
  • появление существенной тепловой инерции отопления.

Уменьшение диаметра трубопроводов позволяет сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты, но приводит к увеличению скорости потока. При показателях от 0,6 м/с в системе появляются шумы, поэтому оптимальной для жилых помещений считается скорость транспортировки теплоносителя в пределах 0,3-0,7 метров в секунду.

Для вычисления подходящего внутреннего диаметра трубопроводов используются такие данные:

  • Разница температур подачи и обратки (для двухтрубных схем обычно принимается равной 20 градусам).
  • Расход теплоносителя – в таблицах обозначается литерой «G». В реальных вычислениях и в примерах гидравлического расчёта систем отопления данная величина, как правило, является уже заданной.
  • Скорость перемещения воды/антифриза – обозначается литерой «v»
  • Плотность теплоносителя.
  • Объём теплового потока – обозначается литерой «Q».
  • Особенности участка (длина, количество секций в радиаторах и т.п.).

Определение потерь напора в системе и отдельных её участках

На каждом участке общее падение давления происходит за счёт двух основных факторов:

  1. Сопротивления трению, которое возникает из-за шероховатости и неровностей внутренних стенок труб.
  2. Местного сопротивления, которое оказывают на перекачку рабочей среды соединительные фитинги, запорно-регулирующая арматура, повороты и ветвления, сужения/расширения трубопроводов. Также тормозящий эффект создают теплообменники отопительных приборов и теплогенераторов.

Уровень потерь давления в кольце вследствие сопротивления трению зависит от:

  • скорости потока;
  • коэффициента шероховатости материала трубопроводов;
  • длины ветки;
  • диаметра и формы внутреннего сечения труб;
  • вязкости и плотности теплоносителя.

На характер местного сопротивления влияет:

  • скорость перекачки жидкости;
  • коэффициенты местного сопротивления (данные для различных узлов и устройств сведены в таблицы).

Точные вычисления производятся по общедоступным формулам, результаты о сопротивлениях в отдельных участках суммируются, и инженер получает возможность рассчитать необходимую производительность насосного оборудования.

Разработка увязки циркуляционных колец

Заключительный этап гидравлического расчёта системы отопления. Анализируя исходные и полученные на предварительных этапах данные (сопротивления, необходимые тепловые нагрузки, характеристики арматуры), конструктор должен выровнять потери давления в сети. То есть в идеале потери давления во всех кольцах системы должны быть одинаковыми. Для балансировки напора и перераспределения расхода теплоносителя применяются ручные вентили или автоматические клапаны, которые отвечают за отдельные ветки или устанавливаются на каждом отопительном приборе. Именно по результатам гидравлического расчёта выполняется предварительная настройка регулирующей арматуры.

Видео: практический урок гидравлического расчета системы отопления

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector